Термические методы обработки для управления физико-механическими свойствами материалов, страница 3

Второй механизм уменьшения остаточных напряжений реализуется (когда их величина меньше предела текучести) за счет переползания лёгкоподвижных дислокаций. Явление ползучести происходит и при комнатной температуре, но чем выше температура нагрева при отжиге (-1,5 Тпл.) тем активнее идут процессы разрядки.

Таким образом, если нагрев при отжиге достаточно высок, то вначале первый механизм с массовым размножением и скольжением дислокаций, пока остаточные напряжения не снизятся до предела текучести, а затем начинает реализовываться механизм ползучести.

Уменьшение остаточных напряжений происходит и как побочный процесс при других операциях термообработки. Например, литейные напряжения снимаются при диффузионном отжиге, отпуск закаленной стали уменьшает закалочные напряжения, Рекристаллизационный отжиг, снимая наклёп, также уменьшает напряжения. Вместе с тем, нагревы для уменьшения напряжений приходится часто применять как самостоятельную операцию термообработки, называемую в этом случае отжигом для уменьшения (снятия) напряжений.

Например, базовые чугунные отливки для станков и приборов с целью ускорения стабилизации размеров подвергают нагреву при температуре

500…600⁰С в течение 24 часов. Этот отжиг заменяет многомесячное вылеживание отливок при естественном старении.

Стали отжигают при температурах, максимально близких к нижней критической точке. Для углеродистых сталей – около 680⁰С. Деформируемые алюминиевые сплавы отжигаются при 300…500⁰С, а сплавы на основе меди, никеля, титана – при температурах ниже их температур рекристаллизации, чтобы сохранить упрочнение после наклёпа.

Практические приемы снятия остаточных напряжений.

Уменьшение остаточных напряжений можно достигнуть временными нагрузками. Основываются практические приемы на понимании того, что при отжиге разрядка остаточных напряжений происходит только в результате пластической деформации. В случаях, когда остаточные напряжения меньше предела текучести металла, их уменьшение путем ползучести протекает весьма медленно. В практике используются приемы, способствующие более быстрому и более полному уменьшению остаточных напряжений. Достигается это воздействием кратковременных перегрузок изделия, напряжения от которых, суммируясь с остаточными и превосходя по величине предел текучести, вызывают уменьшение объемных макронапряжений, как правило, в отдельных частях тела.

Этот механизм уменьшения остаточных напряжений реализуется при самом старом способе создания временных нагрузок путем принудительной вибрации и отстукивания чугунных отливок со всех сторон, что заметно уменьшает их коробление. Или, например, временное статическое нагружение длинных станин (создается изгибающий момент домкратами) стабилизирует размеры.

Алюминиевые полуфабрикаты (трубы, прутки и др.) подвергают деформациям (1…3%) на специальных растяжных машинах, что позволяет значительно уменьшить напряжение.

Временные перегрузки создаются также и термическими методами: термоциклированием и термоударом. Термоциклирование заключается в захолаживании изделия до -40…-90⁰С с последующим отогревом до комнатной температуры и дополнительным нагревом до 150⁰С. Этот цикл повторяют 2…3 раза. Термоциклирование весьма эффективно на чугунных отливках и на силуминах (сплавы типа АЛ2, АЛ9). Следует заметить, что такой же механизм снятии остаточных напряжений  реализуется в литых станинах (но в естественных условиях: солнце, дождь, ветер) при их вылеживании под открытым небом.

Метод термоудара отличается от термоциклирования тем, что нарастание (спад) температур производится более резко. Например, детали загружаются уже в нагретую печь.

Отжиг 2-го рода – термическая обработка, имеющая цель устранения неуравновешенности структуры при фазовых превращениях. Применяется в основном для сталей.